人体运动学基础 医学系康复治疗技术教研室
第四节 骨、关节生物力学 一、骨的生物力学性质 二、关节的生物力学 三、肌腱和韧带的生物力学
一、骨的生物力学性质 静载荷 载荷 冲击载荷 动载荷 交变载荷 约束力
静载荷是指施加的力缓慢且达到，某一定值后不在改变的外力作用方式。 动载荷是指施加的力快速变化或反复多次施加的力作用方式。 冲击载荷是指在短时间内施加在物体上的载荷。 交变载荷是指载荷的大小、方向随着时间发生周期性变化的载荷。
骨受载荷形式 拉伸载荷 压缩载荷 弯曲载荷 剪切载荷 扭转载荷 复合载荷
骨的应力与应变曲线 骨的应力 骨的应力 骨的应变 骨的应变 指骨结构受到外来载荷时其表面单位面积所受到的力。 骨的应变 骨的应变 指骨在外力作用下的局部形变，包括线性应变和剪切应变。
应力与应变的关系
机械应力对骨生长的影响
骨疲劳 疲劳性损伤 不断的运动过程中，骨会反复受力，当这种反复作用力超过某一生理限度时使骨组织受到损伤，这种循环载荷需按造成骨的损伤，称为疲劳性损伤。
疲劳性骨折的发生过程示意图 持续剧烈运动/大强度劳动 骨骼肌疲劳 贮存能量能力下降 动作结构特征改变 骨受载荷异常 应力分布改变 高压缩 复 合 高拉伸 斜行裂纹 横向裂纹 斜行骨折 横行骨折
影响骨力学性能的其他因素 骨的强度 骨的刚度
影响骨力学性能的其他因素 骨的大小和形状 骨折愈合 手术因素 衰老与骨质疏松
骨的杠杆功能 阻力臂 动力臂 人类三种类型的杠杆
二、关节的生物力学 关节稳定性 韧带强弱 关节负压 关节面形状 骨骼肌力量
关节的力和力矩
关节软骨生物力学特性 材料特性 渗透性
脊柱生物力学 脊柱是躯干的中轴、位于背部正中，由24块椎骨、一块骶骨和一块尾骨，借椎间盘、韧带和关节连接而成。为直立与行走需要，形成四个生理性弯曲。
1.脊柱结构力学特性 椎 体 运动节段 椎间盘 生理弯曲
椎 体
椎间盘
生理曲度
2.脊柱的稳定 外在稳定结构 主要靠腹、腰与背等肌肉主动调节； 内部稳定结构 主要靠骨关节、韧带进行控制。
脊柱失衡 是指生理载荷下，失去保持脊柱椎体之间的相互关系的能力，损伤和刺伤脊髓和神经根，并且发生由于结构变化而引起不允许的变性和疼痛。
3.体位和负重对腰椎的影响 不同体位与负重下腰椎间盘压力变化
举重或提重物时，腰椎的负荷增加程度与姿势的关系： ①物体的重心与脊柱运动中心的距离； ②脊柱的弯曲和旋转的程度； ③负重物体的性质、大小、形态、重量和密度。
三、肌腱和韧带的生物力学 （一）肌腱和韧带的应力-应变曲线 部分韧带 肌腱和韧带
（二）生物固体材料的力学特点 粘弹性材料的三个特点
（三）影响肌腱生物力学特性的因素 1.解剖位置 2.锻炼和固定 3.年龄 4.激光和热治疗
（四）影响韧带生物力学特性的因素 1.温度、负荷加载速度的影响 2.机械应力的影响 3.年龄的影响
复 习 思 考 题 1.运动中内力和外力如何区分？内力和外有何关系？ 2.如何应用牛顿运动定律指导人体运动？ 3.影响人体平衡的因素有哪些？ 4.与一般物体相比人体平衡有什么特点？ 5.影响骨力学性能的因素有哪些？ 6.影响肌腱生物力学特性的因素有哪些？